Größe des Ausgangskondensators für Aufwärtswandler unter gepulster Last

Ich habe eine Last, die mit 24 VDC betrieben wird und für kurze Zeit sehr hohen Strom zieht. Das folgende Bild ist der Ausgang eines Stromverstärkers, er zeigt 2A/V an, was bedeutet, dass ich ungefähr mit einem 18A-Impuls umgehen muss, der 50 ms dauert.

Ausgang PULSE, die vertikale Skala liegt bei 2A/V

Bisher habe ich die Energie dieses Impulses wie folgt berechnet:

Aufgewendete Ladung: 18 A @ 50 ms, unter Verwendung von Q = IT -> Q = 18 * 0,05 = 0,9 Coulombs .

Entnommene Energie: E = 0,5*V*Q = 0,5*24*0,9 = 10,8 Joule .

Die 24 V werden von einem Aufwärtswandler erzeugt. Nehmen wir an, ich möchte, dass die Ausgangskondensatoren dieses Wandlers die gesamte Energie liefern können:

E = 0,5 * C * V² -> C = 2 * E / V² -> C = 2 * 10,8/576 = 37,5 mF oder 37.500 uF .

Das ist eine enorme Menge an Kapazität, die bei 24 V installiert werden muss. Daraus ergibt sich die Frage: Wie viel Prozent der Pulsenergie muss ich auf meinen Ausgangskondensatoren speichern, um meinen BOOST-Wandler nicht zu sehr zu belasten?

Ich weiß, dass dies möglicherweise mit der Impedanz zwischen dem Ausgangskondensator und der Last selbst zu tun hat und dass ich keine Ausgangskappen benötige, um die GESAMTE Energie für den Impuls bereitzustellen, mit der der Wandler umgehen können sollte einige Lasttransienten.

EDIT # 1 @ Brian & Peufeu: Ich betrachte 0,9 F als die richtige Antwort für meine vorherigen Berechnungen mit C = dV / dt von diesem Punkt an. Die Boost-Schaltung, die die 24 V erzeugt, ist wie folgt:

BOOST-Wandler implementiert mit dem Umschalter-IC LM3481.

Diesem Konverter ist ein 4S3P - 12 x 18650 Zellen Li-Ion Akku vorgeschaltet, der mehr als in der Lage ist, den benötigten Strom zu liefern. Die Verkabelung wird ebenfalls auf minimale Länge geschnitten und verdrillt, um die Medienimpedanz zu minimieren. Zum Zeitpunkt des Entwurfs war ich mir nicht sicher, wie hoch die Spitzenströme im System sein würden, also denke ich, dass ich meinen Induktor vielleicht schon schlecht gewählt habe ... hier sind die Spezifikationen:

Für Aufwärtswandler gewählte Induktivität (WE - 744750340150)

AFAIC, mein Schalter und meine Diode sind weit darüber hinaus in der Lage, dem oben genannten Szenario standzuhalten.

Ich empfehle eine Erhöhung der Kondensatorgröße. Nehmen wir an, Sie können während dieser 50 ms eine Entladung von 24 V auf 22 V tolerieren ... jetzt dQ = C.dV, also C = dQ/dV = 0,9/2 = 0,45 F. Für einen Abfall von 1 V 0,9 F. (Das sieht nicht nach einem großen Anstieg aus, aber es gibt einen Rechenfehler in 21,6/576 in der Frage)
Danke für die Notizen Brian, aber trotzdem ist dieser Ansatz nicht das, wonach ich suche. Etwas sagt mir, dass ich selbst nach meinen Berechnungen (die die vollständige Entleerung des Kondensators implizieren) hier nicht auf dem richtigen Weg bin ... Alle Berechnungen gehen davon aus, dass die BOOST-Schaltung vor den Ausgangskondensatoren währenddessen keinen Strom liefert der Puls, was nicht stimmt.
Das ist ganz einfach: Subtrahieren Sie einfach den Boost-Ausgangsstrom von der Anforderung und führen Sie die Berechnungen erneut aus. Wenn es 2 A erzeugen kann (das ist ein großer Boost-Conv bei 24 V), muss das C 16 A liefern, also 0,4 oder 0,8 F.
Ich hoffe irgendwie, dass der Boost nicht von so etwas wie einem 1-Zellen-LiIon angetrieben wird ...

Antworten (1)

Du hast die Rechnung falsch gemacht.

I = C dv/dt <=> C = I dt/dv

Aber du hast DV vergessen. Angenommen, Sie möchten I = 18 A während dt = 50 ms, während die Spannung am Kondensator um dv = 1 V abfallen kann.

Somit ist C = 0,9 Farad.

Ihre Berechnung führt dazu, dass der Kondensator am Ende von dt vollständig entladen ist. Daher wird Ihr 18A nicht sehr lange halten, es wird nur zu Beginn des Impulses da sein ...

Ohnehin. Wie Sie andeuten, sind Sie nicht auf dem richtigen Weg.

Die Ausgangskappe sollte nur groß genug sein, um während einiger Zyklen Ihres DC-DC-Wandlers zu halten. Danach hat sich der Aufwärtswandler hoffentlich angepasst und beginnt, die benötigte Leistung zu liefern. Daher müssen wir den Boost untersuchen ... und auch seine Energiequelle. Weil der Boost halten muss, ohne einen MOSFET zu sprengen, und natürlich muss jeder Stromausgang die erforderliche Energie liefern.

Geben Sie also bitte alle Informationen über diesen Boost und seine Kräfte an, und wir machen weiter.

BEARBEITEN

OK, also vorausgesetzt, das LiIon-Pack ist mit dem Strom in Ordnung, der mindestens 24 / Vbat = 25A beträgt ...

C29 sollte durch die niedrigste ESR-Kappe ersetzt werden, die Sie bekommen können, versuchen Sie es beispielsweise mit Nichicon LF, C27 verwendet die höchste MLCC-Kapazität, die zum Footprint passt (persönlich hätte ich etwa 10 MLCCs eingesetzt ...)

C34 ist für 2,3 A Welligkeitsstrom ausgelegt, es verbraucht mehr als 20 Ampere ... es überlebt 50 ms, aber die Spannung wird schmutzig sein, wie oben, mehrere Polymere mit extrem niedrigem ESR wie 10 mOhm mit mehreren MLCCs parallel würden sei besser.

Der durchschnittliche Nennstrom des Induktors spielt keine Rolle, er hat keine Zeit, sich in 50 ms aufzuheizen, aber der Sättigungsstrom ist wichtig, und da haben wir ein Problem, denn wenn der Induktor gesättigt ist, wird der Strom spitzen, was die PWM auslöst Controller, um den FET zu schützen, wenn der Strommesswiderstand und andere Schwellenwerte richtig eingestellt sind.

Sie brauchen also einen anderen Induktor ... Verwenden Sie die Gleichungen hier :

Vin = 10 V (im schlimmsten Fall) Vout = 24 V

Arbeitszyklus D = 0,66

Induktorwelligkeit Di = 0,95 A

=> Induktivität hat einen zu hohen Wert, verwenden Sie eine niedrigere Induktivität, 10 µH ergeben eine Welligkeit von 1,4 A, Sie könnten sogar 4,7 µH verwenden. Scheuen Sie sich nicht, den Welligkeitsstrom der Induktivität auf hohe Werte zu bringen. Also 4,7 µH.

Und ... der maximale Induktorstrom beträgt 55 Ampere.

Reality-Check:

Vin = 10 V, Vout = 24 V, D = 0,66, durchschnittlicher Induktivitätsstrom = Iout/(1-D) = 54 A. Scheitern.

Erhöhen Sie Vin auf 4S, also 4 * 3,4 V = 13,6 V

Vin = 13,4 V, Vout = 24 V, D = 0,5, durchschnittlicher Induktivitätsstrom = 35 A ...

Das riecht wirklich schlecht, da RI ^ 2-Verluste im Quadrat von I liegen. Der FET und die Diode sehen schlecht genug aus, um 50 ms zu überleben, aber das treibt es wirklich nach oben.

Ich schlage vor, die Induktivität etwas weiter abzusenken, um ein Modell zu erhalten, das den enormen Strom ohne Sättigung bewältigen kann.

Da die Ausgangsobergrenzen viel zu klein sind, um dies zu bewältigen, klingt es so, als würden Sie auf eine Board-Respin warten ...

In diesem Fall schlage ich vor, Ihren 4S3P-Akku neu zu verdrahten, um mehr Spannung bereitzustellen, und einen Abwärtswandler zu verwenden.

Verdammt, wenn Ihre Batterie 25 V liefern kann, können Sie die Umschalter ganz weglassen und ein Linearpass-Gerät verwenden.

Die ursprüngliche Frage wurde unter Berücksichtigung Ihres Kommentars aktualisiert.
ok, siehe meine Bearbeitungen, aber es sieht nicht gut aus
Gern geschehen. Tut mir leid, dass ich Ihre Schaltung zerstört habe;) Was ist übrigens die Last?
Es ist in Ordnung. Meine Last ist ein bürstenloser Gleichstrommotor. Das Lustige ist, dass der Treiber mit einer Massenkapazität von etwa 3 mF geladen ist. Scheint es aber nicht mindestens ein bisschen zu schneiden.
Warum sollten Sie nur einen einzigen Stromimpuls in einen Motor senden?
Tatsächlich zieht der Motor unter Regime einen beträchtlichen Strom. Die Sache ist, dass das Biest, wenn es aus dem Leerlauf startet, diesen dummen Puls ablässt, auf den ich nicht vorbereitet war. Nicht einmal die in der Treiber-HW (von Drittanbietern) bereitgestellte Kapazität konnte damit nicht umgehen ... beschissenes Treiberdesign IMHO. - Das Ding ist auf 3A Maximalstrom ausgelegt.
ok, Sie sollten wirklich eine geeignete Batteriepackspannung verwenden, das Antreiben eines Motors von einem DC-DC-Wandler führt immer zu einem Facepalm ...
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